针水刺复合海岛超纤合成革基布研发*

黄族健

福建省南纺有限责任公司， 福建 南平 353000

针水刺复合海岛超纤合成革基布研发*

黄族健

福建省南纺有限责任公司， 福建 南平 353000

基于对海岛超细纤维的分析，研发了针刺、水刺、复合、碱减量工艺，解决了海岛超纤合成革基布生产中后碱减量工艺流程长、一次性投资成本高及产品表面粗糙、门幅收缩程度大、易折皱、手感硬等问题，开发的针水刺复合海岛超纤合成革基布产品的性价比高，为高仿真合成革生产商提供了更多选择，大大降低了合成革生产企业进入超纤合成革生产的门槛，扩大了超纤合成革的产能，满足市场需求。

海岛超细纤维， 针刺， 水刺， 复合， 碱减量

当今，超细纤维(超纤)高仿真合成革代表着整个合成革行业的发展方向，对其进行研究开发，要解决纤维纺丝、无纺基布制造、合成革生产三大难题。本文采用前碱减量法，即以超细纤维为原料，通过针刺和水刺复合加工制成针水刺复合海岛超纤基布，然后通过碱减量、聚乙烯醇(PVA)浸渍等工艺制成海岛超纤聚氨酯(PU)革基布，再经树脂整理制成半成品革贝斯(BASS)，最后通过PU贴合等工艺得到针水刺复合海岛超纤高仿真合成革基布成品。它具有较好的耐磨性、回弹性、柔软性、舒适性及抗折皱、抗静电、抗老化和高仿真性，使用价值超过天然皮革，受到众多国际知名品牌的青睐，其使用量呈迅速增长的趋势，具有广阔的市场前景，体现了合成革技术的发展方向。

1 现状

目前，国内生产海岛超纤合成革的主要工艺流程：

海岛超纤→针刺基布→基布整理→湿法制革→碱减量处理→磨皮上油→PU贴合→成品革。

此工艺流程的投资较大，主要是其碱减量设备复杂、制造难度大，故成本高。另外，此工艺流程长度超过260 m，张力控制要求精细、复杂，生产时易出现幅宽不稳、不达标等质量问题，并影响产品手感和张力均匀性。因此，此工艺流程在国内发展缓慢。

2 研发内容

本项目研发内容主要有3个方面：

一是在海岛超纤层的中部复合1层锦纶长丝基布，以有效提高制品的拉伸强力、降低制品的伸长率、提高制品的抗变形能力。

二是开拓性地采用针刺+水刺的复合工艺，将针刺和水刺2种非织造布的优点融为一体，以提高制品的表面平整度及密实感。

三是采用特殊后整理工艺，以提高制品的碱减量率、改善制品的亲水性及抗静电性能，从而利于下游企业生产合成革的需要。

3 主要生产工艺流程和关键技术

3.1 针水刺复合工艺流程

针水刺复合工艺流程如图1所示。

3.2 纤维原料分析和选择

3.2.1 纤维原料分析

海岛超纤可分为不定岛型和定岛型2类。目前，国内的超纤生产主要采用日本逐渐陶汰的不定岛型海岛超纤生产技术。近年来，定岛型海岛超纤在国内日益受到重视，并基本形成了批量生产。

图1 针水刺复合工艺流程

不定岛型海岛超纤特点：

(1) 不定岛型海岛超纤开纤后，其单纤线密度在0.001～0.111 dtex，细度不均匀；纤维长度也不一致，最短在1.0 mm以下。因此，由其制作的合成革产品的手感、物性、风格等都受到一定影响，存在均匀性、连续稳定性较差的缺点。

(2) 不定岛型海岛超纤的海的成分主要是聚乙烯(PE)，可纺性差，梳理出的纤网经常不均匀，从而影响产品的均匀性。另外，PE的熔点低，纤维间抱合力差，其加工难度大，易造成纤维在开松过程中堵塞及梳理机黏针布，严重时可导致设备故障。

(3) 不定岛型海岛超纤的开纤采用甲苯萃取工艺。甲苯是易挥发、易燃、易爆且毒性强的有机溶剂，会对环境造成较大污染。这是此项工艺逐渐被发达国家淘汰的主要原因。

定岛型海岛超纤特点：

(1) 定岛型海岛超纤可分为2种，即聚酰胺/碱溶聚酯和聚酯/碱溶聚酯。2种组分的质量比决定了成纤质量。通常，聚酰胺/碱溶聚酯类的手感、透气性、回弹性及保型性均优于聚酯/碱溶聚酯类。

(2) 定岛型海岛超纤开纤后，细度均一，其线密度约0.056 dtex。因此，由其制作的合成革产品的手感、仿真皮风格及力学和染色性等都有改善。

(3) 定岛型海岛超纤的开纤采用碱减量工艺，相对于不定岛型海岛超纤的甲苯萃取工艺，其对环境的污染较小、生产过程中的危险性较低，在环保性与安全性上都有较大优势。

表1列出了定岛型海岛超纤的主要技术指标。

表1 定岛型海岛超纤的主要技术指标

3.2.2 纤维原料规格选择

定岛型海岛超纤按2种组分如聚酰胺、碱溶聚酯的质量比可分为锦/涤50/50、锦/涤60/40、锦/涤70/30等，按“岛”数可分为37、 72、 90岛等，单纤维线密度为2.222～6.667 dtex。本文在制革工序前进行碱减量加工，属“前减量”工艺路径，不同于目前国内多数合成革企业采用的“后减量”工艺路径，若纤维太细(即线密度太小)，制品的幅宽稳定性会受到影响，所以选用线密度较高、岛数较少和聚酰胺(即岛)含量高的纤维原料。这样，经碱减量处理后，基布的组织结构变化小、密度下降幅度也不大，提高了制品的幅宽稳定性，能够满足高档合成革用基布的要求，成革后制品的手感会更加柔和、弹性更好。通过多次工艺试验和原料优选，最终选择聚酰胺/碱溶聚酯(即锦/涤)70/30、 3.333 dtex×51.0 mm、37岛 的定岛型海岛超纤。

3.3 关键技术

3.3.1 针刺工艺技术

为了保证在碱减量处理后制品密度能够满足高档合成革基布产品对高密度的要求，坯布密度应尽量大，一般要求控制在0.25 g/cm3以上。因此，采用高针密的针刺工艺参数，并采用美国福斯特公司生产的超纤专用刺针，2台预针刺选用福斯特F40CON刺针(新型锥形针)，主刺采用福斯特F40R2.3B刺针(2.3B指针钩深度)，确保刺针与纤维达到最佳配合。同时选用韩国三和公司生产的高速针刺机，确保针刺密度达到2 500 次/cm2。通过上述措施，有效地减少了制备高面密度针刺产品时的断针现象，减少了刺针的消耗和基布上针痕的产生，同时减小了刺针产生的针眼，提高了基布表面的平整度。

3.3.2 水刺工艺技术

(1) 主要工艺的制订。为了提高针水刺复合海岛超纤合成革基布的表面平整度，提高水刺缠结程度，防止纤网散乱，在纤网刚进入水刺区时采用双网帘夹持式预湿预缠结系统，并优化选择合适目数的夹持压紧帘。该系统在压紧纤网过程中，排出纤网中的大部分空气后，使纤网在被夹持状态下进入预湿缠结阶段，目的是防止纤网散乱并使其得到初步缠结，同时减少后续高压水刺缠结过程中因纤维散乱、移动而造成的纤网不均匀，更好地保证产品的表面平整度，并改善厚重产品的层间剥离问题。在水刺缠结过程中，水针头压力、缠结托网帘、水针形式是决定产品风格及相关性能的主要因素。水针板也是影响产品性能的重要因素，包括水针板的孔径、间距、排列形式等。通过优化，选择孔径0.1 mm的单排细孔水针板，其可以产生较高的水压，形成穿透力较大的水针，促进了铺网层间纤维的缠结能力，提高了产品的剥离牢度；同时使布面水针纹路更细腻，提高了布面的平整度。优化水刺机工艺参数，水压以从低到高的方式进行配置，先由第一道水针从上往下进行充分预湿，再由后面4道水针一上一下反复高压缠结，促进纤网两面的纤维均衡地相向移动缠结，提高了水刺基布的强力和布面平整度。

(2) 烘干温度控制。温度对纤维的物理化学性能都会产生直接影响，因此温度控制是超纤水刺基布生产中的重要工艺控制点。由于该水刺超纤基布的面密度较大、厚度较厚，其含水量较常规产品高，因而需较多的热能进行烘干，而高温时超纤中的分子链会发生变化，从而恶化基布的手感、强力等指标，对产品品质不利，所以采取较低的适合温度(依据超纤的玻璃化温度决定)，同时增加烘干时间来保证产品的干燥程度。为了更好地适应不同面密度、厚度的产品及不同车速生产的需要，采用2台“欧型”热风穿透式烘干机和表面烫光烘干机进行组合式烘干，可视生产情况的需要开启其中1台或2台，也可将1台用作烘干而另外1台用作高温定型。利用表面烫光烘干机的烫平作用，也能提高水刺基布的表面平整度。

3.3.3 针水刺复合工艺技术

利用针刺生产线，将针刺锦纶长丝基布的强力高、不易变形等优点与水刺基布的柔软、致密、均匀等优点融合在一起，开发出高端的针水刺复合海岛超纤合成革基布。为确保针水刺复合加工时基布不产生折皱，同时复合层在超细纤维的中间层且不外露，以免影响制品外观和手感，复合过程中必须严格控制过程张力，保持其持续、恒定；复合层退卷张力恒定，布幅稳定，不发生偏移；复合针深合理，确保纤维穿刺充分但不受损伤。因此，设计制造了专门用于复合加工的双退绕机构，实现了双幅复合不关车换卷的连续生产工艺。双退绕机构的使用不但使复合加工效率提高了60%以上，而且能确保基布张力相对平稳，使复合产品的品质稳定性得到了保证。

3.3.4 碱减量工艺技术

在碱减量过程中，要得到均匀的开纤效果，并确保碱减量后超纤合成革基布的门幅满足要求，关键是掌握好减量率。在处理过程中，影响减量率的因素主要有烧碱浓度、处理温度和时间及使用促进剂等，必须做到既减量充分又不损伤纤维和基布结构。

(1) 碱液浓度控制。碱液浓度太低，则减量率低，开纤效果差，产品手感粗糙而硬挺；碱液浓度太高则减量率高，对纤维损伤大，产品面密度低、强力衰减程度大。通过试验，碱液体积比浓度控制在2.5%～3.0%，减量率达到25%～30%，开纤效果较好。

(2) 处理温度控制。处理温度太高，碱液在100 ℃时沸腾，易造成平幅卷染中基布左右滑移，同时会造成基布门幅收缩大；处理温度太低，则减量率低，开纤效果差。通过试验，处理温度控制在(95±1)℃较合适。

(3) 促进剂控制。促进剂使用TF-118L，其为阳离子聚合物，含有多个阳离子基团，它们在碱液中会快速吸附到纤维表面，使碱液中的OH-转移并聚集在纤维表面，促进纤维水解。加入促进剂，碱液质量比用量减少20.0%，处理温度从98 ℃以上下降到95 ℃，处理时间从70 min降到30 min，促进剂质量比用量控制在0.8%～1.2%，可达到预期效果。

碱减量处理过程中，其他张力控制在1.96～2.95 cN。碱减量处理完成后，超纤合成革基布必须经充分水洗，然后用醋酸中和，pH值稳定在6～8，保证基布中不残留碱液。碱减量处理的半成品烘干采用多组烘筒，温度控制在110～120 ℃，尽量减小烘干过程中布幅的收缩程度，布幅缩率控制在18%以内，满足了产品质量要求。另外，要定期测定碱减量加工前后的基布干燥质量，控制减量率均匀、恒定，否则会对制革生产造成极大的不良影响。

3.3.5 后整理工艺技术

本文开发的针水刺复合海岛超纤合成革基布是用于合成革生产的，需要考虑其在制革过程中的加工性能，因此经碱减量处理后，还需要进行PVA浸渍和伸幅定型加工。

(1) PVA选择及浆料调制。选用低聚合度、溶解温度在50～60 ℃的PVA。若PVA的溶解温度太低，其在后续的合成革生产中会在凝聚槽中析出，影响凝聚过程顺利进行。在合成革生产中，最后2～3个水洗槽中为热水，水温一般为65～70 ℃。若PVA的溶解温度太高，则热水洗过程中不易除去，这会导致合成革产品手感变硬。PVA浆料调制过程中，水温不应低于85 ℃，且须搅拌充分。调制好的PVA浆料需通过80～100目滤网过滤后再放入浸渍槽，防止未溶解的PVA结晶颗粒附在基布表面。

(2) PVA浸渍和伸幅定型。经碱减量处理后，基布中的纤维非常细，其线密度约0.056 dtex，基布的抗拉伸能力差，在PVA浸渍和伸幅定型过程中容易变形，基布门幅收缩率较大(约15%～20%)。伸幅采用夹持式主动超喂工艺，超喂率为8%～10%，保证基布门幅充分扩张。同时，需合理调节烘干阶段的各区温度，调节挤浆辊压力、伸幅定型机车速，控制好浸渍过程张力，使产品的外观品质、幅宽、亲水性等能够符合使用要求。为了增强最终基布产品的硬挺度和渗透性，需要适当提高浸渍PVA浆液的附着量。在正常生产条件下，轧车轧余率为100%～120%，将PVA浆液质量分数提高到8%～10%，确保上浆率达到6%以上，便于下游客户的制革生产控制，提升成品手感、加工性能等品质。

(3) 轧光工艺技术。为了保证最终超纤合成革基布的厚度均匀且表观效果和产品手感等满足使用要求，须合理调整轧光工艺参数，如轧光温度、轧光速度、轧辊压力、引布方式、过程张力、轧光成品厚度等。

4 技术指标对比

对表2中的3种基布的外观和内在质量等技术指标进行比较，可以看出：针刺基布通过针刺加以缠结，其布面易产生针痕、老人皱，但强力等物性指标较好；水刺基布利用高压水刺进行缠结，其布面纹路细腻、平整，但强力等物性指标较差，且无法满足生产高面密度产品的要求；针水刺复合基布采用针刺和水刺2种基布进行复合而形成，布面平整度提高且纹路细腻，物性指标也较好。

表2 针刺、水刺、针水刺复合基布的技术指标对比

5 结束语

采用针刺和水刺复合的工艺制备了针水刺复合海岛超纤合成革基布。此工艺在超纤合成革生产行业具有较大的创新突破性，它有效融合了针刺、水刺工艺的优点，提高了海岛超纤合成革基布的表面平整度、密度和物性指标，并改善了产品手感和物理性能，可以为下游的合成革生产企业提供优质的高仿真合成革基布产品，有助于促进下游产业直接向市场提供经过碱减量开纤的合成革基布。因此，此工艺有助于优化下游超纤合成革的生产工艺，缩短其工艺流程，提高产品的投入产出比，大大降低合成革生产企业进入超纤合成革生产的门槛，扩大超纤合成革的产能，满足市场需求。

[1] 张哲.海岛超纤皮革的生产及市场发展趋势[J].产业用纺织品，2010，28(3)：39-40.

[2] 侯庆华，戴玲.海岛短纤维设备及工艺技术的研究[J].合成纤维，2005，34(12)：33-36+39.

Research and developing of composite needled and spunlaced sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabrics

HuangZujian

Fujian Nanfang Textile Co.， Ltd.， Nanping 35300， China

Based on the analysis of sea-island ultra-fine fibers， the technologies of needling， spunlacing， compounding and alkali deweighting were researched and developed. Then the problems in producing the sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabrics, such as longer process of after alkali deweighting， higher one-time investment cost， as well as harsh surface， big width shrinkage， easy to wrinkle and hard handfeel of the products， were solved. The developed composite needled and spunlaced sea-island ultra-fine fiber synthetic leather fabric products posessed a higher cost performance， which provided the manufacturers of high simulation synthetic leathers with more choices， and greatly reduced the threshold to produce ultra-fine fiber synthetic leathers for the manufacruring enterprises of synthetic leathers， and so that the production capacity of ultra-fine fiber synthetic leathers was expanded and then the market demand was met.

sea-island ultra-fine fiber, needling, spunlace, composite， alkali deweighting

*福建省区域重大科技项目(2011H6029)

2016-11-24

黄族健，男，1963年生，高级工程师，主要从事纺织产品开发和工艺技术管理工作

TS174.6

A

1004-7093(2017)04-0012-05